UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DESARROLLO DE UN PROGRAMA CÓDIGO ABIERTO PARA LA FUSIÓN DE CONCENTRADO EN EL CONVERTIDOR TENIENTE

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALURGIA DESARROLLO DE UN PROGRAMA CÓDIGO ABIERTO PARA LA FUSIÓN DE CONCENTRADO EN EL CONVERTIDOR TENIENTE RODOLFO ALEJANDRO BERRÍOS ARCE Profesor Guía: M.Cs. René Bustamante Moreno Trabajo de Titulación presentado en conformidad a los requisitos para obtener el Título de Ingeniero de Ejecución en Metalurgia. Santiago Chile 2010

2 RODOLFO ALEJANDRO BERRIOS ARCE Se autoriza la reproducción parcial o total de esta obra, con fines académicos, por cualquier forma, medio o procedimiento, siempre y cuando se incluya la cita bibliográfica del documento.

3 AGRADECIMIENTOS Quiero expresar los más sinceros agradecimientos al señor René Bustamante Moreno, quien con su conocimiento y experiencia me guio en este trabajo de titulación y así pude desarrollarlo de la mejor forma posible. Del mismo modo quiero agradecer al resto de los docentes del Departamento de Ingeniería Metalúrgica ya que contribuyeron enormemente en mi formación académica. Para todos ellos mis saludos y afectos. iii

4 TABLA DE CONTENIDOS RESUMEN.. XI CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes generales El Convertidor Teniente Software y soluciones informáticas Software propietario Software Libre Software Código Abierto Ventajas y desventajas del Código Abierto El Código Abierto en las empresas Soluciones aplicables a los procesos pirometalúrgicos Objetivos Alcances y limitaciones CAPÍTULO II: ANTECEDENTES TEORICOS 2.1 El proceso de fusión de concentrado de cobre Productos del proceso Efecto del fundente Efecto del oxígeno El proceso Teniente iv

5 2.2.1 Flujos de entrada Flujos de salida Descripción del proceso Principales variables y parámetros del Convertidor Teniente Balance de masa Ajuste de balance de masa Clasificación de programas informáticos Programas de escritorio y programas de lado del servidor Modelo cliente servidor Tipos de programación Base de datos Características de las bases de datos Modelo de base de datos relacional.. 52 CAPÍTULO III: DESARROLLO DEL TEMA 3.1 Cálculo del balance de masa Cálculo de la cantidad de Eje, Escoria y Fundente Cálculo del coeficiente de oxígeno Cálculo del oxígeno técnico Cálculo del aire de proceso Cálculo de los parámetros de ajuste Parámetro característico para el fundente v

6 3.2.2 Parámetro característico para el oxígeno Planificación del programa Características principales y específicas del programa Elección de las tecnologías a emplear Back-end y Front-end del programa Desarrollo de la interfaz gráfica Programas empleados Secciones Diseño del menú principal Diseño de las notificaciones y alertas Validación de la interfaz Escritura del código fuente Modelamiento de la base de datos Ingreso de información y validación de datos Comprobación de los resultados obtenidos Recursos externos empleados CAPÍTULO IV: RESULTADOS 4.1 Archivos de programa Base de datos Requerimientos para instalar y usar el programa Distribución del programa vi

7 4.5 Capturas de pantalla Esquema de funcionamiento Tiempo y costo de desarrollo. 88 CAPÍTULO V: DISCUSIONES 89 CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES CAPÍTULO VII: REFERENCIA BIBLIOGRAFICA APÉNDICE 8.1 APÉNDICE A: Cálculo de la cantidad de Eje, Escoria y Fundente Composición del Eje Composición de la Escoria APÉNDICE B: Balance de azufre y oxígeno MATERIAL COMPLEMENTARIO Programa desarrollado..... Material en CD-ROM Manual de usuario..... Material en CD-ROM vii

8 ÍNDICE DE TABLAS Tablas del Capítulo Típicos programas aplicables en procesos metalúrgicos Principales proyectos código abierto Programas (scripts) para tiendas en línea Tablas del Capítulo Índice TIOBE para agosto de Índice TIOBE histórico para agosto ( ) Valor de los parámetros límite por defecto del programa 75 Tablas del Capítulo Tipos de archivo del programa Comparación de tamaños entre versiones del programa Tiempo empleado en cada etapa de desarrollo Tablas del Capítulo Elementos que forman parte del Eje Compuestos que forman parte del Eje Elementos que forman parte de la Escoria Compuestos que forman parte de la Escoria Balance de azufre y oxígeno viii

9 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Figuras del Capítulo Equilibrio líquido-líquido para el sistema FeO FeS SiO 2 a 1200 C Sistema FeO Fe 2 O 3 SiO 2 a 1200 y 1250 C Diagrama de flujos de un proceso Teniente Flujos másicos del Convertidor Teniente Esquema simple del modelo cliente-servidor Esquema resumido del modelo cliente-servidor 48 Figuras del Capítulo Estructura de pestañas del menú principal (a) Alertas por datos inválidos (b) Demostración del aviso de rango esperado por parámetro Estructura del aviso de acción.. 71 Figuras del Capítulo Estructura de las tablas operaciones y operación_nueva Estructura de la tabla parámetros_límite Vista completa de la pantalla principal Captura de la sección Diagrama y tablas Vista parcial de la sección Carga actual.. 84 ix

10 4.6 Vista parcial principal del Historial Vista de la sub-sección Archivo completo de la sección Historial Captura parcial de sección Parámetros límite Vista de mensaje de navegador incompatible Vista de mensaje de JavaScript no habilitado Esquema del funcionamiento del programa x

11 RESUMEN El presente trabajo de titulación pretende dar a conocer el concepto de desarrollo de software conocido como código abierto, lo cual se realizó mediante el desarrollo de un programa que calcula los parámetros de operación del Convertidor Teniente en la operación de fusión de concentrado de cobre. Este desarrollo implicó la selección del conjunto de tecnologías informáticas que determinan el desarrollo de un programa, incluyendo el lenguaje informático, el sistema de base de datos y el tipo de programación empleado. Adicionalmente se tomaron en cuenta las limitaciones de las soluciones actuales y se buscó otorgar valor agregado al programa desarrollado mediante validaciones de datos y una simple e intuitiva interfaz de usuario. La selección condujo al empleo de la programación de lado de servidor ya que además de ser más económica, ofrece características multiplataforma y de aplicación en red sin implicar mayores complicaciones. Se obtuvo como resultado general que el desarrollo bajo el concepto de código abierto está apto para satisfacer este tipo de necesidades y que, mediante el conjunto de tecnologías informáticas empleadas, se logran ahorros en el costo de desarrollo de hasta el orden de un 37% respecto de otros lenguajes informáticos y el mismo concepto de desarrollo de software. xi

12 CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN 1.1. Antecedentes generales El cobre es un elemento metálico que puede ser obtenido a partir de minerales sulfurados o bien de minerales oxidados, donde según el tipo de asociaciones que tenga el mineral, su tratamiento tomará una de las dos vías de obtención de cobre. Para los minerales de cobre asociados con oxígeno la obtención se realiza por la vía de la hidrometalurgia, es decir, reacciones químicas en soluciones acuosas. Para los minerales de cobre sulfurados, la obtención será por la vía de la pirometalurgia, la cual corresponde a procesos a elevadas temperaturas. La abundancia de minerales sulfurados ha implicado que la pirometalurgia tenga un rol más que trascendental en la producción del mismo. De la producción total de cobre en el mundo, cerca de un 90% se obtiene por la vía de la pirometalurgia. La obtención de cobre metálico por esta vía se realiza en tres etapas: 1. Fusión a eje o mata. 2. Conversión del eje a cobre blíster. 3. Refinación a fuego. El proceso de fusión consiste en la obtención una mata de cobre líquida a partir del concentrado sólido, el cual está compuesto por especies sulfuradas de cobre y hierro. En el proceso de fusión, se inyecta oxígeno para que reaccione con las especies mineralógicas del concentrado y además, se ingresa fundente (SiO 2 ) para que se forme escoria Fayalita (2FeO SiO 2 ). La fase óxido se denomina escoria y contiene FeO, Fe 3 O 4, 2FeO SiO 2, Al 2 O 3, etc y la fase sulfuro se denomina Metal Blanco o Eje y contiene principalmente Cu 2 S y FeS, ambas fases tienen distinta densidad y son separadas aprovechando esta 12

13 propiedad. El eje es posteriormente transformado a cobre blíster (98,5% Cu) en un horno de conversión y luego, en los hornos de refinación a fuego, el blíster se transforma en cobre anódico (99,5% Cu), el cual es llevado a electrorefinación para la obtención de cátodos de cobre (99,99% Cu) El Convertidor Teniente El Convertidor Teniente es un horno basculante de fusión en baño de concentrado desarrollado y patentado por la División El Teniente de CODELCO. Fue creado debido al fracaso de la tecnología Oxygen Smelting, que consiste en fundir concentrado por balance de calor y arrastre de concentrado en los gases. La idea principal bajo del desarrollo del Convertidor Teniente fue emplear el calor generado por oxidación de la carga para fundir concentrado en un convertidor convencional modificado. Se originó en la década de 1970 en fundición Caletones producto de la investigación de Hermann Schwarze, quien con su equipo experimentó con un convertidor pequeño (2 m de diámetro por 3 m de largo) que había sido retirado de la fundición Chagres. En 1975 producto de la reparación de un convertidor Peirce-Smith, Schwarze (en esos tiempos superintendente general de la fundición Caletones) modifica la longitud del reactor y comienza a utilizarlo para fundir concentrado de cobre. Dado que la fundición trabajaba con una cantidad elevada de oxígeno, pudieron fundir una mayor cantidad de concentrado. Según Hermann Shwarze [1], este convertidor modificado (denominado tarro por él mismo) no fue creado con la finalidad de su comercialización sino que para solucionar específicamente los problemas de Caletones. Producto del éxito de esta tecnología, la cual involucraba menor uso de equipos y de

14 combustible (coincidente con la crisis del petróleo de 1973), muchas fundiciones del mundo comenzaron a interesarse en la tecnología que estaba utilizando El Teniente, en ese entonces sociedad mixta El Teniente, conformada por el Estado de Chile y la norteamericana Kennecott Corporation. En 1978 Chuquicamata manifiesta su interés en el convertidor modificado y le solicita a Shwarze el diseño de un reactor para esta división. Dado que el nombre informal de tarro no podía seguir siendo empleado para referirse a esta tecnología, Shwarze decide bautizar su reactor como Convertidor Modificado Tipo Teniente. Fue así como desde finales de los 70 el uso del Convertidor Teniente se extendió a lo largo de nuestro país. Actualmente existen 6 Convertidores Teniente operando en Chile (Chuquicamata, Paipote, Potrerillos, Ventanas y dos en Caletones), con una capacidad total combinada de 4.3 MM ton/año de concentrado, produciendo 1.2 MM ton/año de cobre [2 La tecnología Teniente de fundición ha sido comercializada por CODELCO en 3 convertidores en el resto mundo occidental [ 3], los que operan en NKANA (Zambia), ILO (Perú) y La Caridad (México). Existe además un Convertidor Teniente en Tailandia el cual está operando desde el año 1996 [4 Una de las particularidades de este reactor consiste en que mantiene la posibilidad de llegar a operación autógena, es decir, sin requerir energía externa. Esto lo puede lograr con el enriquecimiento de oxígeno dependiendo del tipo de concentrado. El Convertidor Teniente tiene el gran mérito de aumentar el rendimiento y además ahorrar energía, lo cual es doblemente importante ya que economizar es siempre una importante prioridad, especialmente en Chile por no ser un gran ]. ]. 2 Carlos Caballero Deramond, Chilean Copper Smelting and Refining Overview, Álvaro González Letelier, Riquezas Minerales de Chile a Nivel Mundial,

15 productor de petróleo, lo que significa ahorro de divisas. En el proceso de fusión tradicional, el petróleo es un ítem importante en el costo global, lo que se elimina en parte en esta etapa, que se conoce como Proceso Teniente Software y soluciones informáticas Desde el momento en que las soluciones informáticas comenzaron a ayudar al hombre en las más diversas actividades, siempre ha existido un desarrollo constante de nuevas soluciones que buscan satisfacer las más variadas necesidades como editar una fotografía o controlar un proceso industrial. Soluciones que estrictamente se conocen como programas informáticos, los cuales corresponden a un conjunto de instrucciones, interpretadas en un computador y con el fin de lograr una tarea específica. De acuerdo a la función que cumplen estos programas, se los clasifica por software de sistema y software de aplicación, estos últimos corresponden a lo que comúnmente conocemos como programas, por ejemplo un procesador de texto como Microsoft Word. Es indudable que cada vez tenemos a nuestra disposición las más variadas alternativas de programas para una tarea específica, esto se debe a que los programas se van adaptando a los constantes cambios por ejemplo, la disponibilidad de computadores con mayores capacidades de procesamiento, lo cual permite realizar tareas o poseer características que en un pasado no tan lejano solo vivían en la imaginación. Gracias a esto, hemos visto como cada vez hay mejores programas con características más amigables, con un carácter más específico y sobretodo confiables. Obviamente que ésto, desde un punto de vista técnico, ha significado la creación y desarrollo de nuevos lenguajes de programación, modelos de desarrollo y entornos. Desarrollo que no tan sólo abarca temas puramente técnicos sino que también temas de carácter ético 15

16 como el respeto de las libertades de los usuarios sobre el producto adquirido, lo cual ha implicado una fuerte distinción entre tipos de programas. En el concierto actual se puede definir un programa de acuerdo a diversas características que lo componen, como por ejemplo el lenguaje en que está escrito, plataformas en las que puede desempeñarse (sistemas operativos), licencia, etc. Lo cual puede hacer engorroso esta segmentación, sin embargo, la clasificación de acuerdo al modelo de desarrollo nos permite identificar claramente tres tipos de software, los que corresponden al Software propietario, Software libre y finalmente Software código abierto Software propietario Se define como software propietario a aquel programa informático donde el usuario tiene el derecho de usar el programa pero no puede modificarlo en lo que respecta al código fuente, ya que este código no está disponible o existen trabas legales que no lo permiten. Esto significa que el usuario no puede realizar mejoras o cambios sobre el software, lo cual es análogo a comprar cualquier equipo o suministro y no poder modificarlo para ser usado a medida y de esta manera obtener el máximo beneficio del mismo. La principal ventaja del software propietario es que está respaldado por el proveedor, generalmente una importante empresa, quien continuamente mejora y extiende las capacidades de sus soluciones. Programas de este tipo son, por ejemplo, AutoCAD, Microsoft Office, METSIM, Adobe Photoshop, HSC, etc. El software propietario es el que más se conoce y que el mayor aplicación tiene tanto en particulares como en empresas. Los programas de este tipo suelen ser bastante robustos y con un amplio número de funciones y características. Como se mencionó anteriormente, su código cerrado y por lo tanto también su desarrollo y extensión. Adicionalmente, las empresas detrás 16

17 de estos programas entienden el software como una respuesta a un problema particular y no como una herramienta extensible, lo cual obliga a las mismas a desarrollar extensiones y funciones bastante generales y que, en algunos casos, un determinado usuario jamás va a necesitar. Esto también crea una exclusiva y excesiva dependencia con la empresa desarrolladora del programa, lo cual otorga como principal desventaja la fijación precios bastante excesivos. Es interesante analizar el costo de estos programas y la real aplicación que se le darán a los mismos, en pocas palabras, no se debería justificar el empleo de programas tan potentes si sólo se usará para realizar una o pocas tareas particulares. En la tabla 1.1 se exponen los programas más representativos y su costo base. Tabla 1.1. Típicos programas aplicables en procesos metalúrgicos. Programa Desarrollador Costo base*, dólares METSIM [5 ] John Bartlett $12,000 HSC Chemistry [6 ] Outotec $1,750 Simulink [7 ] The MathWorks $6,200 (*) Información válida al 5 de Marzo de El costo base, representado en la tabla 1.1, se encarece considerablemente si se toma en cuenta que en la mayoría de los casos se deben comprar módulos adicionales. Sólo por dar un ejemplo, en el caso de METSIM el valor indicado corresponde al costo base (8,000 dólares) más el módulo de balance de calor (4,000 dólares). A ésto además hay que sumarle el

18 costo de capacitación que se requiere para usar estas poderosas pero complejas herramientas. Hablamos de costos bastante elevados y sin libertades esenciales si se planea maximizar la función de este software en la aplicación particular de la planta, la única libertad es el extenso uso que se le puede dar y que lamentablemente está limitado a la habilidad de las personas que pueden dominar estos programas. Esto lleva a pensar en alguna solución al respecto que permita la libre extensión y no limite el poder que se puede obtener con la herramienta adquirida Software Libre Se define como software libre a aquel programa informático que respeta extensamente la libertad de los usuarios sobre el producto obtenido en todo nivel imaginable, es decir, puede ser usado, copiado, estudiado, modificado y compartido libremente. El concepto o la denominación fue introducida en la primera mitad de la década del 1980 por Richard Stallman {8 Su principal ventaja radica en las libertades mencionadas y la disposición en toda extensión de su código fuente, pero también en que su respaldo o red de desarrolladores es de carácter global y operan sólo con la finalidad de mejorar y colaborar en estas iniciativas, razón por la cual existen muchos proyectos bajo el concepto de software libre. Su principal aplicación se manifiesta en programas gratuitos y libres como por ejemplo, el sistema operativo Linux. Sin embargo, esta filosofía o manera de ver el software no es realmente atractiva desde un punto de vista comercial ya que las libertades en que se basa tienen que estar garantizadas y en ningún caso se aceptan restricciones intermedias de ningún tipo. Esto es observado por la Fundación para el Software libre ya que, como se ha esbozado, el software libre es ]. 8 Richard M. Stallman, Visión general del Sistema GNU, 18

19 impulsado por la búsqueda de conocimiento y no tiene como finalidad o incluso arista, los beneficios comerciales que esto puede implicar. Respecto de este punto y como antecedente adicional, ahora último está tomando mucha fuerza la suite ofimática OpenOffice.org, competencia de Microsoft Office y que es desarrollada por Sun Microsystems en asociación con su comunidad de desarrolladores Software Código Abierto Se define como el software que provee el código fuente del programa y fue derivado del concepto de software libre, esto es porque toma el concepto de libertad del código fuente del software libre pero sin implicar los temas éticos de la libertad de usuario, es decir, es un modelo que sólo toca la libertad de un punto de vista técnico. Fue así como en el final de la década de 1990 se introdujo el concepto de código abierto como modelo de desarrollo, el cual busca dejar de lado la sensación de anti comercialismo que representa el software libre y además establecer flexibilidades a los programadores que no ofrecen software libre pero que disponen del código fuente de los programas para su revisión o modificación. Esta libertad permite al usuario modificar libremente el programa para ser empleado de manera más extensa y personalizada, sin que esto lo amarre a quien le ha ofrecido la solución original en lo absoluto. Esto es, sin lugar a dudas, el atractivo más importante del código abierto ya que en el caso de una empresa, ésta puede usar el programa como base para el desarrollo de una solución a medida sin incurrir en el alto costo de realizar un programa desde cero. A diferencia del software libre, no existe ningún compromiso ético respecto de dar a conocer estos avances y mejoras, mucho menos distribuir éstos de manera gratuita, lo que permite a la empresa mantener la propiedad sobre sus desarrollos y permite hacer un producto atractivo desde un punto de 19

20 vista comercial ya que se pueden establecer variados niveles de estrategias y modelos comerciales. Cuando un programa código abierto se realiza empleando como base recursos informáticos de software libre, tiene las mismas ventajas y desventajas mencionadas en el modelo de desarrollo del software libre. Sin embargo, cuando no está basado en componentes de este tipo, tiene el mismo robusto soporte que el software propietario respecto a sus cimientos. Esto hace del código abierto un modelo de desarrollo muy atractivo ya que es el único modelo que presenta términos intermedios, incluso con la posibilidad de contar con licencias dobles, es decir, se puede aplicar una licencia libre y una propietaria sin ningún problema. En resumen, desde un punto de vista técnico, el atractivo de este modelo de desarrollo radica en que se pueden ofrecer soluciones con una libertad no tan excesiva y con un beneficio económico importante para el desarrollador, traducible en una solución más económica para el usuario. Si bien es cierto cualquier desarrollo de software se puede hacer bajo el concepto de código abierto, probablemente resulte ser más interesante hacerlo empleando componentes y recursos gratuitos ya que se abaratan los costos de producción, lo cual obviamente hace aún más atractivo todo el concepto ya que además de libertad se está hablando de algo que es más competitivo desde el punto de vista de la inversión. Esto es tomando en cuenta que los recursos o componentes de software más representativos tienen como respaldo una comunidad global de programadores que velan por el constante desarrollo, sin otro motor más que el deseo de mejorar la herramienta base. Desde luego que existen componentes de baja calidad, escaso respaldo y cuya comunidad de usuarios es bastante reducida. Es fundamental realizar la elección en perspectiva de los recursos a emplear ya que una mala decisión significaría realizar un producto con una fecha de vencimiento corta. 20

21 Como se ha mencionado, la característica fundamental del código abierto radica en que el programa puede ser inspeccionado, estudiado, mejorado y conocido exhaustivamente. Esto es vital para la optimización y el conocimiento de lo que estamos usando, como está funcionado o que está haciendo realmente. Por dar un ejemplo, esto permite determinar rápidamente si existe alguna violación no autorizada de propiedad o datos privados producto de un desconocimiento total de la famosa letra chica. Conocer realmente qué hace un programa es obviamente un beneficio importante en todo sentido. Otra ventaja derivada de esta característica principal es que esta apertura permite que la calidad del producto sea alta ya que el código fuente está a la vista y sujeto a inspección. Fácilmente se puede determinar la calidad del mismo. Como todos sabemos, todo está sujeto a sufrir cambios. Es ideal que el software también lo esté y si es necesario modificar algo esto se haga lo más rápidamente posible y que no suponga meses de espera o retrasos producto que el departamento de informática de la empresa está atado de manos. Esto no es un problema en el código abierto y representa un importante argumento, el código fuente puede ser rápidamente inspeccionado y modificado por cualquier persona con conocimientos informáticos adecuados, sin la necesidad de estar íntimamente ligado a un proveedor determinado. Un punto interesante a tener en cuenta es que el código abierto implica la realización de estrategias comerciales distintas, que escapan a simplemente ofrecer una licencia por un tiempo determinado. Se pueden determinar al menos cuatro estrategias: 1. Un modelo de licencia dual donde el código fuente es publicado bajo los términos tradicionales del código abierto y simultáneamente con una licencia comercial. Generalmente se cobra por una licencia de carácter perpetuo o por un tiempo determinado, incluyendo en este 21

22 costo la facultad de usar legalmente el programa y el acceso a soporte, como también a actualizaciones. 2. Como modelo de servicio donde no se cobra por el software sino por los servicios prestados por el mismo. Se suele hospedar remotamente parte o la totalidad del software. 3. No cobrar por el software pero si por el soporte, entrenamiento y servicios de consultoría. 4. Como encapsulación funcional, donde el producto comercial se distribuye separado del código abierto pero emplea a este ultimo como la base de su funcionamiento. Generalmente no se ofrece soporte ni servicios adicionales, se distribuye el producto como un entorno de desarrollo. Es importante mencionar que estas estrategias son sólo generalidades y corresponden a lo mayoritariamente realizado por las empresas desarrolladoras Ventajas y desventajas del Código Abierto Sin lugar a dudas el argumento principal a favor del código abierto es la economía que representa, habitualmente se habla que proyectos maduros entregan el 80% de las funcionalidades de una solución propietaria a tan solo un 10% del costo [9]. Siendo específicos, las ventajas fundamentales del código abierto corresponden a: 1. Sentido de propiedad del software, es decir, quien adquiere una solución no está amarrado con el desarrollador original y por ende permite mayor flexibilidad desde el punto de vista del cliente. 9 Sun Microsystems, Inc., Open Source in the enterprise: Fulfilling the promise, 2009, pág. 5 22

23 2. Mayores estándares de programación ya que el código está a la vista y puede ser inspeccionado para determinar la calidad del mismo. El sentido de propiedad del software permite que se puedan extender las capacidades del programa para las necesidades específicas del usuario, es decir, el usuario puede alterar y extender el programa de acuerdo a su necesidad particular, ya sea para por ejemplo mejorar la interfaz, cambiar el algoritmo que calcula un determinado valor o incluso incorporar nuevas características y funciones. Se podría decir que el programa adquirido es un bien editable y a la vez mejorable, el cual puede ser visto como la base para un posterior desarrollo completamente a medida. Si comparamos esta realidad con lo que por otro lado ofrece el software propietario, encontraríamos que sería similar a comprar una herramienta y no poder mejorarla para que se adapte completamente a una necesidad especifica y tener que resignarse a trabajar con software envasado. El sentido de propiedad se traduce en independencia tecnológica, lo cual permite dejar en el pasado la dependencia de centros tecnológicos extranjeros. La disposición del código fuente permite su inmediata inspección, lo cual incita al desarrollador a trabajar con estándares de programación comúnmente aceptados para poder así ofrecer un código más trabajable y entendible. Esto motiva a los desarrolladores a crear código y por ende programas de mayor calidad, lo cual se traduce en un beneficio directo para el usuario. Al momento de buscar desventajas del código abierto, podemos contemplar que siempre se habla de su falta de soporte y su poca madurez. Si bien es cierto existen innumerables foros y grupos de usuarios dispuestos a ayudarse mutuamente, un programa con responsabilidades críticas necesitará siempre un soporte de primer nivel. Sin embargo, hay que entender que este problema de soporte está más estrechamente relacionado con los creadores del 23

24 programa determinado que con el concepto en sí, un programa mal hecho y realizado con pésimos recursos siempre será malo. Sobre madurez de proyectos código abierto se puede decir bastante. En la tabla 1.2 [10] se muestra la edad de diversos proyectos código abierto y la categoría a la cual pertenecen. Tabla 1.2. Principales proyectos código abierto. Categoría Proyectos Madurez, años Base de datos MySQL, PostgreSQL 12 Plataforma web Apache, JBoss, GlassFish 10 Herramientas de desarrollo NetBeans, Eclipse 12 Sistemas operativos Linux, OpenSolaris, BSD 25 Virtualización Xen, OpenxVM 6 Navegadores Mozilla 15 Ofimática OpenOffice.org 20 Claramente hay bastante madurez en los proyectos mencionados, quienes se han fortalecido enormemente con los años, sin embargo, siempre hay iniciativas nuevas que tratan de mejorar lo existente desde interesantes y novedosos puntos de vista, con el consiguiente problema de inmadurez. Desde luego que también hay iniciativas que no han pasado del año. Sin lugar a dudas, es bastante amplia la realidad del código abierto, pero la recomendación universal es siempre optar por los proyectos, soluciones y herramientas consolidados y dejar madurar aquellos que son relativamente recientes. 10 Sun Microsystems, Inc., Open Source in the enterprise: Fulfilling the promise, 2009, pág

25 El Código Abierto en las empresas Según Gartner [11], 85% de las compañías en Asia, Norteamérica y Europa están usando código abierto en algún nivel, donde el principal motivo de su uso es la reducción de costos asociados a las licencias. Si bien es cierto este alto porcentaje es bastante atractivo, hay que tener en cuenta que sólo representa el uso de código abierto en cualquier nivel, es decir, desde un sistema de gestión hasta un programa para enviar correo electrónico. Desde luego el porcentaje mayoritario se lo lleva el software libre. Según una encuesta realizada en el año 2007 por la IOUG [ 12] (Grupo independiente de usuarios Oracle), un 13% de las compañías están usando mayoritariamente código abierto, lo cual representa un aumento del 225% respecto del año 2006, lo cual confirma su condición como una de las tecnologías con más crecimiento. Esta misma encuesta da cuenta que las razones principales para la aplicación del código abierto en una gran empresa (más de 5,000 empleados) corresponden al ahorro de costos (65%) y la libertad respecto del desarrollador original (26%). También da a conocer las limitaciones del código abierto en la empresa, donde el problema fundamental radica en que estas soluciones no proveen el mismo y robusto soporte que una solución propietaria. En efecto, basta con que se realice una analogía entre soluciones propietarias y código abierto de uso diario, no son muy extensos los ejemplos donde el código abierto resulta superior a la solución del tipo propietaria. Si bien es cierto los antecedentes disponibles para poder realizar una comparación, desde un punto de vista económico, entre software código abierto comercial y software propietario son pocos, se puede realizar una analogía Joe McKendrick, Open Source in the Enterprise: New Software Disrupts the Technology Stack,

26 entre soluciones aplicables a tiendas en líneas (comercio electrónico), lo cual se muestra en la tabla 1.3 y que además tiene la particularidad de considerar solamente soluciones altamente comparables, es decir, todas comparten el mismo lenguaje de programación, base de datos, funciones, características, etc. Tabla 1.3. Programas (scripts) para tiendas en línea. Producto Modelo Costo anual*, dólares CS-Cart [13 ] Propietario $285 Interspire Shopping cart [14 ] Propietario $295 - $1795 SunShop [15 ] Código abierto (parcial) $249 XCART [16 ] Código abierto $115 - $431 (*) Información válida al 5 de Marzo de Los datos de la tabla 1.3 dan cuenta de ahorros significativos, lo cual no siempre será como tal si la solución, sea cual sea su modelo, tiene un amplio número de características y funciones que encarezcan su costo de desarrollo. Respecto de soluciones de características similares, el código abierto es notablemente más económico. Si bien es cierto el código abierto es atractivo por su bajo costo de desarrollo y por su consecuente menor costo de inversión, su poder o características siempre tienden a poseer un desarrollo poco maduro, lo cual explica la principal traba de su aplicación en la empresa. Pero más allá de esta inmadurez, está el desconocimiento por completo del tema, es decir, las empresas no lo exigen. Afortunadamente el código abierto se está convirtiendo

27 en una tendencia y será muy interesante ver su evolución en los siguientes años. Con estos antecedentes es válido pensar que es posible realizar una solución código abierto, más económica que las disponibles (ver tabla 1.1) para tareas de carácter cotidiano y básico, como por ejemplo, la predicción o balance de un proceso pirometalúrgico, sin implicar mayores funcionalidades y por ende costos relacionados al desarrollo, en otras palabras, tomar las ventajas de costos y apertura del código abierto sin involucrarse en características que aún representan carencias para él y de este modo obtener un programa aplicable a la pirometalurgia del cobre, específicamente, en lo que respecta a los parámetros de operación de un Convertidor Teniente Soluciones aplicables a los procesos pirometalúrgicos Si bien es cierto existen diversas programas aplicables en los procesos pirometalúrgicos (ver tabla 1.1), una de las alternativas más usadas en el proceso de fusión es Microsoft Excel, el cual se emplea principalmente para determinar la carga del horno tomando en cuenta una serie de factores metalúrgicos y realizando los balances pertinentes. El empleo de Excel se debe a que es un cálculo corriente que se puede escribir con relativa facilidad y resulta más económico que alternativas de simulación más robustas ya que raramente se emplean todas las funciones y herramientas que poseen. Obviamente el cálculo será cada vez más complejo de acuerdo a los parámetros y situaciones de simulación que se tomen en cuenta, pero en general es mucho más económico que emplear una simulación con un programa como METSIM. Las soluciones descritas tienden a tener con problemas de interactividad con el usuario y son complicadas tanto de usar como de entender, 27

28 probablemente porque los conceptos de interfaz amigable no son tomados realmente en cuenta para los programas de este tipo y se deja su aplicación para los programas de uso cotidiano y común por todo el mundo, sin embargo, desde la creación del primer computador personal ha existido un interés por este apartado [17]. El problema de interfaz acarrea un costo constante de capacitación de personal nuevo y también un tiempo excesivo en la determinación de la información porque al operador le resulta laborioso emplear la herramienta en cuestión. En el caso específico de Excel el problema es mayor ya que entre versiones de Excel la retro compatibilidad tiende a ser problemática en algunos casos y la integridad del cálculo como de la herramienta en sí se puede ver comprometida por cosas tan simples y cotidianas como el empleo de un carácter erróneo o una referencia circular. Adicionalmente, Excel es un programa relativamente caro de actualizar en una empresa ya que Microsoft no ofrece la posibilidad de comprar Excel en volumen (licencias masivas) sino que toda la suite Office [ 18 ], esto hace que la empresa esté pagando por programas que no serán utilizados extensamente. Además, el descuento por licencias masivas solamente existe si adicionalmente se contratan servicios posteriores y renovaciones anticipadas. Tomando en cuenta que Microsoft Office 2010 profesional tiene un valor de 499 dólares, comprar Excel para unos 200 equipos tiene un valor aproximado de 68 millones de pesos (estimación realizada en mayo de 2010). Según lo descrito anteriormente, una nueva alternativa para estos procesos tiene campo tanto en la relación directa con el usuario u operador y con las nuevas tecnologías y conceptos explicados extensamente en párrafos

29 anteriores. Quizás el código abierto no esté preparado para simulaciones robustas y complejas, pero si para un cálculo simple análogo a lo realizado actualmente por un documento en Excel y con el valor agregado de las consideraciones de usabilidad, interactividad y además con las ventajas del código abierto Objetivos El objetivo de este trabajo consiste en dar a conocer el concepto de desarrollo de código abierto y su utilización para el proceso de fusión en el Convertidor Teniente. Objetivo que se llevará a cabo mediante el desarrollo de un programa código abierto que, mediante un balance de masa, determine las siguientes condiciones de operación: Cantidad de fundente necesario Escoria y Eje producidos Flujo de Aire de proceso y Oxígeno técnico La realización del objetivo mencionado implicará integración de disciplinas que van más allá de la metalurgia convencional. Dicho de otra manera, este trabajo además buscará demostrar cómo es posible y aplicable la integración de conocimientos de programación informática a las capacidades del ingeniero metalúrgico Alcances y limitaciones El alcance de este proyecto corresponderá a la operación de fusión de concentrado en un Convertidor Teniente, donde se realizará sólo el balance de masa para la determinación de parámetros operacionales. El programa desarrollado será de tipo demostrativo, con funciones limitadas y sólo contemplará parte de los requerimientos de un proceso real de planta. 29

30 CAPÍTULO II: ANTECEDENTES TEORICOS 2.1. El proceso de fusión de concentrado de cobre El objetivo de la fusión es llevar a estado líquido el concentrado de cobre sólido y producir en este estado la separación de fase sulfuradas (metal blanco o eje) y fase oxidada (escoria). La fase de sulfuros en lo posible debe contener todo el cobre alimentado mientas que la escoria debe estar, en lo posible, exenta de cobre. El proceso de fusión ocurre a temperaturas del orden de 1200 C, en un sistema fundido, con suspensión de partículas sólidas en el baño, correspondiente a compuestos de alto punto de fusión (sílice, magnetita, etc). El proceso se puede resumir como producción de Metal blanco o Eje más escoria y gases debido a la reacción de concentrado más fundente y energía Productos del proceso El proceso da como productos principales tres fases: Escoria Corresponde a la fase más liviana del material fundido, formada por óxidos de hierro y componentes del fundente agregado. Consiste en una mezcla líquida que contiene principalmente en Fayalita (Fe 2 SiO 4 ), Magnetita (Fe 3 O 4 ) y Sílice (SiO 2 ). Contiene otros compuestos en menores cantidades como Alúmina (Al 2 O 3 ), Cuprita (Cu 2 O) y Calcosina (Cu 2 S). Metal Blanco o Eje (mata) Corresponde a la fase más densa del material fundido, por lo cual se ubica en la parte inferior del baño y está compuesto principalmente por Cu 2 S y 30

31 FeS. La cantidad de eje producido está determinada por contenido de azufre en la carga del horno ya que el cobre es el primero que toma el azufre necesario para formar Cu 2 S. La proporción es aproximadamente una cuarta parte de azufre por unidad de cobre según la fórmula del Cu 2 S. Luego de que el cobre presente se haya combinado con el azufre, el resto del azufre se combinará con el hierro para formar FeS (1,75 unidades de Fe por 1 unidad de S). Gases de salida Los gases de salida contienen SO 2 generado por las reacciones de oxidación, N 2 proveniente del aire empleado para oxidar el concentrado y pequeñas cantidades de CO 2, H 2 O y compuestos volátiles. El gas tiene un contenido de SO 2 del orden del 10 a 60% y está determinado por la cantidad de aire soplado, el tipo de concentrado y el grado de mata producido. En los últimos años el volumen de SO 2 producido por reactores de fusión ha aumentado debido al uso de aire con mayor cantidad de enriquecimiento, lo cual reduce la cantidad de nitrógeno y quemado de combustible en el horno. Los gases de salida también suelen contener cantidades substanciales de polvo (hasta 0.3 Kg/Nm 3 ). El polvo proviene de (1) pequeñas partículas de concentrado que no reaccionó, (2) gotas de mata/escoria que no sedimentaron y (3) elementos volátiles contenidos en el concentrado, como arsénico, antimonio, bismuto y plomo, los que se solidificaron mientras el gas se enfriaba o reaccionaron para formar compuestos no volátiles. El polvo normalmente contiene entre 20 y 40% en peso de cobre, haciéndolo potencialmente valioso. Los gases de salida son normalmente tratados para la recuperación de calor, captación del SO 2 y recuperación de sólidos. 31

32 Efecto del fundente La separación natural a alta temperatura, entre las fases del sistema, puede alterarse positivamente con la adición de fundente. Esto se puede apreciar si se observa el diagrama ternario de la figura 2.1. De la figura 2.1 se puede observar el efecto de la sílice (SiO 2 ) en la separación de mata sulfurada y escoria oxidada. A 1200 C y en ausencia de SiO 2 no existiría una separación real entre la fase sulfurada y oxidada, sino una mezcla líquida homogénea. Figura 2.1. Equilibrio líquido-líquido para el sistema FeO FeS SiO 2 a 1200 C. Al adicionar SiO 2, aparece una zona de inmiscibilidad con una separación entre dos líquidos: Uno rico en FeS y otro rico en FeO. A medida que el contenido de SiO 2 aumenta, también aumenta el grado de separación, 32

33 llegándose a un valor máximo con las composiciones más alejadas entre la fase oxidada y sulfurada, para contenidos de SiO 2 del orden de 35 a 40% en peso. A partir de ese momento, cualquier otra adición de fundente involucrara la aparición de una fase sólida rica en sílice. La sílice en la escoria se muestra en el ternario FeO Fe 2 O 3 SiO 2 de la figura 2.2. Figura 2.2. Sistema FeO Fe 2 O 3 SiO 2 a 1200 y 1250 C. Del diagrama de la figura 2.2 se puede observar como existe una pequeña región líquida delimitada en sus costados por tres regiones saturadas: Sílice (SiO 2 ), magnetita (Fe 3 O 4 ) y wustita (FeO). El proceso de fusión de concentrado de cobre opera típicamente cerca de la saturación con magnetita (línea CD). Existen pequeñas solubilidades de sílice y oxígeno en la mata, pero se ha demostrado que el incremento de Cu 2 S en la mata disminuye estas 33

34 solubilidades dramáticamente. Como resultado de esto, las matas industriales contienen cerca de un 1% de oxígeno. Agregar sílice implica un mayor costo energético además del costo en sí de adicionar este flujo. Por otro lado, la viscosidad de la escoria aumenta con el contenido de sílice. Esto hace que la escoria sea más difícil de manejar y reduce la tasa con la cual las partículas de mata sedimentan a través de la capa de escoria. Si las partículas de mata no pueden decantar rápidamente, éstas quedarán contenidas en la escoria. Lo cual aumentará las pérdidas de cobre Efecto del oxígeno El proceso de fusión se basa en fundir el concentrado gracias a la oxidación de la carga de minerales sulfurados. El oxígeno es comúnmente adicionado al sistema como un flujo de aire enriquecido. Inyectar grandes cantidades de O 2 oxidará una mayor cantidad del fierro presente en el concentrado, lo cual implicará menor cantidad de sulfuro de fierro en la mata, generando una mata de mayor grado. Sin embargo, usar demasiado oxígeno favorece la oxidación del cobre, el óxido de cobre generado por esta situación se disuelve de manera indeseable en la escoria. Como resultado, agregar la cantidad de O 2 correcta es fundamental para producir un grado aceptable de mata sin generar una escoria alta en cobre. Las reacciones de oxidación que se verifican en el sistema son exotérmicas, es decir, liberan energía en forma de calor. Esto ayuda a disminuir el consumo de combustible necesario para lograr la elevada temperatura de fusión (~1200 a 1250 C) y para mantener la temperatura del proceso. 34

35 2.2. El proceso Teniente La Figura 2.3 muestra un diagrama con el flujo de materiales del proceso. Figura 2.3. Diagrama de flujos de un proceso Teniente Flujos de entrada Concentrado Proviene de las plantas de beneficio (concentradoras) y se acopia en tolvas de almacenamiento. Es clasificado de acuerdo a su lugar de origen ya que cada concentrado tiene una mineralogía asociada, por lo cual su efecto en el proceso es ligeramente distinto (aporte energético). La mineralogía típica del concentrado contiene Calcopirita (CuFeS 2 ), Calcosina (Cu 2 S), Bornita (Cu 5 FeS 4 ) y Pirita (FeS 2 ) como sus componentes principales. 35

36 Fundente Proviene del cuarzo de mina o de arena de playa y del mismo modo que el concentrado, se almacena en una tolva exclusiva. Circulante Proviene de restos de material que queda adherido en el fondo de las ollas de eje y escoria. Este material es enviado al área de procesamiento de minerales para su chancado, en donde es triturado y molido para luego ser enviado a una tolva de almacenamiento. Aire de proceso Es el aire inyectado al Convertidor Teniente, el cual tiene un cierto porcentaje de enriquecimiento en oxígeno. La mezcla Aire-Oxígeno es controlada en función del flujo y características del concentrado Flujos de salida Metal blanco o Eje Consiste en una mezcla sulfuros de cobre y hierro, los cuales salen en forma discontinua del Convertidor Teniente. Esta mezcla es posteriormente enviada al proceso de conversión, el cual se realiza en los convertidores Peirce- Smith. Escoria La escoria corresponde a la fase que contiene los óxidos producidos por las reacciones de fusión y es inmiscible con el Eje del baño fundido. Al igual que el eje, la escoria es retirada del Convertidor Teniente de forma discontinua a una temperatura aproximada entre 1200 y 1250 C. La escoria es recirculada a 36

37 los hornos de limpieza de escorias y/o hornos de reverbero para recuperar el contenido de cobre (5 a 8%). Polvos oxidados Corresponden a uno de los productos del proceso de oxidación, los cuales son captados y tratados del mismo modo que los polvos sulfurados. Los polvos oxidados recuperados son retornados al Convertidor Teniente. Gases Los gases están compuestos tanto por los gases producidos por las reacciones de fusión como también por los gases inertes del aire insuflado al Convertidor Teniente. Los componentes principales de los gases de salida son N 2, SO 2 (8 a 10%), CO, CO 2, S 2, O 2 y arrastre de sólidos finos (polvos oxidados) producto de la oxidación de la carga. Los gases son captados por una campana para posteriormente ser tratados para la recuperación de polvos y captación de SO Descripción del proceso El proceso de fusión en el Convertidor Teniente consiste en carga continua de concentrado de cobre y fundente por el inyector de carga solida o Garr-Gun. El concentrado seco es inyectado al convertidor junto con aire enriquecido con oxígeno a través de una línea de toberas, a una temperatura de aproximadamente 100ºC. La inyección de aire enriquecido con oxígeno permite la oxidación del hierro y del azufre presentes en los minerales que constituyen el concentrado. El mecanismo de fusión corresponde a calor generado por oxidación de carga. 37

38 Se agrega fundente (sílice) con el objeto de captar el hierro contenido en los minerales sulfurados fundidos y concentrarlos en la parte más liviana de la mezcla fundida (ver sección 2.1.1). El hierro forma magnetita (Fe 3 O 4 ), la cual se concentra en la escoria y el azufre forma gases los cuales junto a otros gases son evacuados a través de una campana. Los gases producidos en la fusión son utilizados en las calderas para producir vapor, el cual se emplea para generar energía eléctrica a través de turbogeneradores. Los gases de fusión tienen un contenido del orden de 8 a 10% de SO 2, el cual es captado en gran parte para posteriormente producir ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). El Convertidor Teniente produce Metal Blanco o Eje con un contenido del orden del 72 a 75% de cobre y una escoria con un contenido de cobre del orden de 4 a 8% Principales variables y parámetros del Convertidor Teniente Enriquecimiento El enriquecimiento regula la capacidad de procesamiento y eficiencia energética. A mayor enriquecimiento se tendrá una mayor capacidad de procesamiento y una mayor eficiencia energética. La cantidad de oxígeno es fuertemente controlada para obtener la cantidad deseada de Fe y S oxidados. Ley del Eje La ley del eje se ajusta con el flujo de oxígeno alimentado y la entrada de concentrado. Disminuir la ley del Eje implica más tiempo de soplado en el proceso de conversión posterior. 38